한국연구재단은 주요 국가전략기술별 글로벌 상위 논문·특허 현황을 분석하고 연구역량이 높은 상위 연구기관과의 국제협력 등을 위한 정책적 함의를 도출하는 R&D 브리프 〈국가 전략기술분야 글로벌 상위 논문·특허 분석〉(저자: 고려대 에너지환경대학원 성창모 교수·한양대 과학기술정책대학원 박주이 박사)을 6월 1일 발간했다.

브리프는 12대 국가전략기술분야 중 반도체, 디스플레이, 이차전지, 첨단 모빌리티, 차세대 원자력, 첨단바이오, 수소, 양자 등 8개 분야의 세부 중점기술 27개를 분석했다. 중점기술은 ①글로벌 산업경쟁력 및 공급망 內 높은 중요성, ②신산업 파급효과 및 외교·안보적 가치, ③임무지향 기술개발 및 5~10년內 성과창출 가능성 등을 바탕으로 도출됐다.

■ 분석 결과의 주요 내용을 브리프에서 발췌했다.

▶ 반도체(semiconductor)

ㅇ 논문/특허 발표 수와 질적 성과 측면에서 미국이 가장 앞서 있으나 중국이 그 다음으로 가장 많으며, 점차 미국을 추월할 가능성이 있음.

ㅇ 논문 피인용수 측면은 미국이 수월성을 나타내고 있으며 창의적이고 원천적인 기술 창출이 10여개 연구집단(스탠포드대, MIT, 조지아 공대, 캘리포니아대(버클리), 노스웨스턴대 등)에서 활발하게 수행 중임.

ㅇ 특허 분석결과에서 대부분 각국의 상위 반도체 기업이 대학연구기관보다 주요 특허 수를 점유하고 있으며, 기존 기업들(인텔, 삼성, IBM, 소니, 미쯔비시, 퀄컴 등)이 R&D를 통하여 대부분 획득하고 있음. 특히 미국은 대학연구소와 기업에서 상위 연구자들이 집중적으로 많 은 특허를 창출하고 있음을 알 수 있음.

ㅇ 국내 특허는 대부분 삼성, LG, SK의 연구그룹에 집중되어 있으며 대학의 특허 성과가 상대적으로 미흡한 것으로 나타남.

▶ 디스플레이(display)

ㅇ 연구논문 발표 수는 미국과 중국이 가장 많으며, 피인용수에 있어서 우수한 성과를 보이는 미국에서 원천 기술개발이 활발히 진행 중임.

ㅇ 미국의 주요 대학(스탠포드대, MIT, 조지아 공대, 노스웨스턴대 등)의 연구그룹이 상위 연구 논문을 리드하고 있음.

중국은 일본과 한국에 이어 디스플레이 분야의 후발주자로서 지난 10년간 논문수와 피인용수에 있어, 특히 무기발광 디스플레이에서 괄목할만 한 증가를 보임. 단 프리폼 디스플레이는 미국, 스위스, 싱가포르 , 한국이 경쟁력을 가지고 있음.

ㅇ 분석 결과에서는 대부분 각국의 리딩 기업이 대학연구기관보다 주요 특허수를 점유하고 있으며 프리폼 디스플레이 분야에 다양한 기업들(마이크로소프트, 구글, ASML, 스트라시스 등)이 적극적으로 진입하고 있음. 반면 무기발광과 소재 부품장비 디스플레이에서는 전통적인 기업들이 지난 10년간 대부분의 특허를 보유하고 있으며, 상대적으로 중국은 취약성을 보이고 있음.

ㅇ 한국은 대학이 논문 수를 중심으로 연구개발이 집중되어 있고 특허는 대부분 삼성, LG가 주도하고 있음. 한국은 초연결, 인공지능, 가상현실, IoT 등과 결합된 다양한 형태의 디스플레이 응용 기술과 원천 융합기술이 필요하고 초격차를 유지하기 위해서는 미국, 유럽 등의 원천기술 연구 그룹과 공동연구가 시급하며 대학에서 새로운 특허 중심의 연구가 필요함.

▶ 이차전지(secondary battery)

ㅇ 연구논문 발표 수는 중국이 가장 많으며 특허 부문에서는 중국, 미국, 일본이 우수한 성과를 보이고 있음.

ㅇ 중국의 주요 대학(칭화대, 중국과학원, 중국과기대, 중난대 등)의 연구 그룹이 상위 연구 논문을 리드하고 있음. 새롭게 주목받고 있는 이차전지 재활용 분야는 아직 초기 단계이나 중국, 미국, 영국, 인도 순으로 발표 논문수가 많으며, 상위 연구기관을 보면 호주, 벨기에, 독일 영국 등 유럽을 중심으로 다양한 국가들이 진입하는 양상을 보임.

ㅇ 일본, 한국, 미국 기업이 특허를 점유하고 있으며(파나소닉, 도요타, LG, 인텔), 계속해서 중국 기업들이 추격하는 양상을 보이고 있음.

ㅇ 한국은 이차전지 재사용 및 재활용 분야에서 상대적으로 연구개발이 미흡(논문 13위)함. 한국 기업이 수월성을 가진 전기자동차, ESS 등 이외 분야로 이차전지의 사용 영역이 크게 확대되는 추세이므로 대학과 출연연 중심의 차세대 배터리 기술혁신을 위한 원천기술 개발이 필요함.

▶ 첨단바이오(advanced bio)

ㅇ 지난 10년간 논문 수 통계를 보면, 미국이 최상위 대학과 기업 연구그룹을 중심으로 양과 질적인 부분에서 압도적인 1위 양상을 보임.

ㅇ 미국의 주요 대학(하버드대, 스탠포드대, 존스홉킨스대 등)의 연구 그룹이 상위 연구논문을 리드하고 있으며, 영국, 독일, 이탈리아, 스위스 등의 유럽 국가에서 활발하게 연구가 진행되고 있음.

합성생물학 분야는 2015년부터 지속적으로 증가, 감염병 백신치료 분야는 2020년 이후부터, 디지털 헬스분야는 2017년이후 논문 수가 급증하고 있음.

미국 대학(하버드대, MIT, 펜실베니아대, 스탠포드대 등)의 연구자들이 인용 수 측면에서도 주도권을 가지고 있음.

ㅇ 특허 분석 결과에서는 대부분 미국의 글로벌 기업이 대학연구기관보다 주요 특허 수를 점유하고 있음(BMS, Roche, Citrix 등).

ㅇ gksrnrdms 10위 내외로 위치하고 있으며, 유전자 및 세포치료 분야의 특허 등록에서 10위 이내(7위)로 가장 높은 순위를 차지함.

 

▶ 첨단 모빌리티(advanced mobility)

ㅇ 자율주행시스템 및 도심항공교통(UAM) 분야는 미국, 수소전기차 분야는 중국의 주요 대학 및 연구기관에서 탁월한 연구실적을 보유하고 있음. 특히, 자율주행시스템 분야 원천적인 기술 특허를 6개 대학(하버드, 미시간대, MIT, 스탠포드대, 캘리포니아대(버클리), 워싱턴대)에서 가장 많이 확보하고 있음.

ㅇ 논문은 자율주행시스템 분야에서 중국과 미국이 수월성을 나타내고 있으며 수소/전기차 분야는 중국 대학 등이 압도적으로 다수를 차지하고 있고, 도심항공교통 분야는 미국이 최고 수준인 것으로 분석됨(특히, 미국의 아이오와 주립대, 캘리포니아대(버클리), 미시간대 등이 선두).

ㅇ 자율주행시스템 분야의 특허 수는 일본, 한국, 독일의 기업연구소가 점유하고 있으며, 수소·전기차 분야는 한국, 일본, 미국 등의 기업에서 탁월한 성과를 보이고 있으며 도심항공교통 분야는 미국, 한국, 중국의 기업들이 앞서고 있음.

ㅇ 자율주행시스템 및 수소·전기차 분야의 국내 특허는 대부분 LG, 삼성, 현대차, 기아차 등의 기업체 연구 그룹이 리드하고 있으며, 도심항공교통 분야의 논문분석 결과에서는 서울대(27위)를 제외하고는 뒤처져 있으나, 현대, 기아, 아주대 등이 특허 성과를 내기 시작함.

▶ 차세대 원자력(next-generation nuclear power)

ㅇ 소형모듈원자로(SMR) 및 선진원자력시스템/폐기물 관리 분야는 미국이 가장 앞서 있으며, 중국, 독일, 영국, 일본 등의 주요 기관에서도 활발한 연구를 수행하고 있음.

ㅇ SMR 분야는 MIT, 취리히 연방공대, 임페리얼 칼리지, 오크리지 국립연구소, 아르곤 국립연구소 등에서 활발하게 논문을 발표하고 있으며, 선진원자력시스템(폐기물 관리) 분야는 칭화대, 임페리얼 칼리지, UCL, 캠브릿지대, 옥스퍼드대, 스탠포드대, MIT 등이 활발한 연구를 하고 있는 것으로 조사됨. 주로 미국, 중국, 독일, 영국, 스위스 등이 주로 리드하고 있음.

ㅇ 특허는 미국이 모두 단연 앞서있으나, 중국, 독일, 일본, 스위스의 기업들이 특허 부문에서 부상하고 있음

ㅇ 한국은 10위 내외에 머무르고 있으며 KAIST, 서울대, 한국원자력 연구원 등이 두각을 나타내고 있으나, 글로벌 순위는 하위권에 머무름. 국내 원자력 SMR 기술은 2012년 소형원자로 SMART를 개발하여 확립되었고 표준설계인가를 획득하여 해외 수출을 위한 기반과 원천기술을 확보했으나, SMR의 방사성 폐기물 처리연구 등은 여전히 미흡함.

▶ 수소(hydrogen)

ㅇ 수소 분야는 중국의 주요 연구기관에서 선두를 달리고 있으며, 미국, 일본, 싱가포르 등에서도 활발한 연구가 진행되고 있음.

ㅇ 논문은 중국과학원대, 하얼빈공업대, 칭화대 등 중국의 대학에서 상위권을 차지하고 있으며 싱가포르 난양이공대, 미국 스탠포드대 등이 뒤를 잇고 있음.

ㅇ 특허 수에서도 중국, 일본, 미국, 독일, 한국 등이 상위권을 차지하고 있으나, 상위 기관 분석 결과 후지필름, 도시바, 파나소닉, SEL 등 일본 기업의 연구기관에서 두각을 나타내고 있으며 중국은 300여개 연구기관이 있지만 상위권에 속하는 기관은 거의 없음.

ㅇ 한국은 수소 분야의 논문/특허 발표 수의 측면에서 4~8위를 기록하며 비교적 상위권에 위치했으나, 수소 저장/운송 분야의 논문 수 부문에서 중국, 미국 등과 격차가 큰 것으로 나타남(한국 8위).

수소생산 분야에서는 KIST, 고려대, UNIST, KAIST, 서울대 등이 활발히 논문을 발표하고 있으며, 특허 부분은 에너지기술연구원(38위)을 상위권으로 꼽을 수 있음. 수소 저장·운송 분야에서는 한양대, 고려대, 수소연료전지 분야에서는 한양대, 서울대가 두각을 보이고 있으며 특허는 현대, 기아, LG, 삼성, 에기연 등이 글로벌 경쟁력이 있음.

▶ 양자(quantum)

ㅇ 양자컴퓨팅 및 통신 분야에서는 미국이 가장 앞서고 있으나, 중국이 양자 센싱 분야에서 두각을 나타내고 있음.

ㅇ 논문에서 양자컴퓨팅 분야를 선도하고 있는 연구기관은 옥스퍼드대, 캠브릿지대, UCL, MIT, ETH 등이며, 양자 통신 분야에서는 중국과기대, 델프트 공과대, MIT, 하버드대 등이 우수한 성과를 창출하고 있으며 양자 센싱 분야는 중국 대학들이 상위권을 선점하고 있음.

ㅇ 특허에서 양자컴퓨팅 분야는 Google, IBM 등, 양자통신 분야는 AT&T, 퀄컴, 인텔 등의 미국의 글로벌 기업이 세계 최고 수준이며, 양자 센싱 분야는 대만의 TSMC, 한국의 삼성, 중국의 다수 대학 등이 활발한 연구와 투자를 진행 중인 것으로 나타남.

ㅇ 한국은 양자컴퓨팅 분야에서 논문 25위, 특허 8위에 각각 머물고 있으며, 비교적 신흥 분야인 양자통신 및 양자 센싱 분야에서는 LG, 삼성 등 기업의 활발한 특허 발표 외에는 두각을 나타내지 못하고 있음. 추격형 인재 양성과 연구 투자전략을 수행 중이나, 우선 국내 전문인력 확보와 도전적 연구 강화를 기반으로 해외 협력 기반을 구축할 필요가 있음.